Какими бывают натриевые лампы — виды, характеристики, применение выбор

Еще десяток лет назад натриевые лампы использовались для освещения дорог и улиц практически повсеместно. С появлением светодиодных источников света их стали применять несколько реже, но тем не менее сдавать свои позиции лампы ДНаТ не спешат. Что это за лампы и почему они уже не одно десятилетие держат первенство среди уличных осветителей? Сегодня мы постараемся это выяснить.

Даже сегодня старые добрые ДНаТ служат нам верой и правдой

Натриевые лампы низкого давления

Ртутные лампы — характеристики, разновидности лучшие ртутьсодержащие лампы

Исторически первыми из натриевых ламп были созданы НЛНД. В 1930-х гг. этот вид источников света стал широко распространяться в Европе. В СССР велись эксперименты по освоению производства НЛНД, существовали даже модели, выпускавшиеся серийно, однако внедрение их в практику общего освещения прервалось из-за освоения более технологичных ртутных газоразрядных ламп, которые, в свою очередь, стали вытесняться НЛВД. Схожая картина наблюдается в США, где НЛНД в 1960-х гг. были полностью вытеснены металлогалогенными лампами. Однако в Европе НЛНД по сей день распространены достаточно широко. Одним из их применений является освещение загородных автострад.

Лампы низкого давления отличаются рядом особенностей. Во-первых, пары натрия весьма агрессивны по отношению к обычному стеклу. Из-за этого внутренняя колба обычно выполняется из боросиликатного стекла. Во-вторых, эффективность НЛНД сильно зависит от температуры окружающей среды. Для обеспечения приемлемого температурного режима колбы последняя помещается во внешнюю стеклянную колбу, играющую роль «термоса».

Что такое ДНаТ и виды таких ламп

Лампы  ДНаТ — это одна из разновидностей натриевых ламп высокого давления – НЛВД (англ. HPS Lamp — High-Pressure Sodium Lamp). ДНаТ — аббревиатура, расшифровка которой означает «Дуговая Натриевая Трубчатая». Существует еще несколько разновидностей приборов этого типа: ДНаМТ, ДнаЗ и ДНаС. Посмотрим, как они устроены и чем отличаются друг от друга.

Конструкция натриевой лампы

Конструктивно прибор представляет собой колбу, выполненную из специального изготовленного из оксида алюминия Al2O3 стекла. В процессе работы колба разогревается до 1200 градусов Цельсия. Такое стекло не только выдерживает высокие температуры, но и способно противостоять разрушающему действию паров натрия.

В края колбы, которая называется горелкой, впаиваются два электрода. Сама она заполняется смесью буферных (инертных) газов с добавлением натриевой амальгамы: сплава натрия со ртутью. Дополнительно в буферные газы подмешивают ксенон, он обеспечивает более легкий старт лампочки. Горелка, в свою очередь, помещается в еще одну внешнюю колбу, выполненную из обычного термостойкого стекла. Обычно это тугоплавкое боросиликатное стекло. В колбе создается глубокий вакуум, а сама она снабжается цоколем того или иного типа для подключения к питающей сети.

Благодаря вакууму внешняя колба играет роль термоса, обеспечивающего нормальный пуск и работу натриевой горелки при низких температурах окружающей среды. Одновременно она уменьшает теплопотери, увеличивая КПД и ресурс прибора.

Устройство лампы ДНаТ

Самый распространенный цоколь, устанавливаемый на лампочки ДНаТ – резьбовой цоколь Эдисона. Для приборов небольшой мощности применяется Е27, для мощных осветителей – Е40. Тем не менее встречаются лампочки и с другими типами цоколей, а также двухцокольные.

ДНаТ с цоколем Е40 (слева) и двухцокольный софитный вариант

Иногда в одну внешнюю колбу устанавливаются две горелки. Это повышает мощность прибора без существенного увеличения его габаритов, а также несколько увеличивает КПД и срок службы устройства за счет меньших теплопотерь.

Лампочка ДНаТ с двумя горелками

Справедливости ради стоит упомянуть о существовании натриевых лампочек низкого давления. Горелки таких устройств по конструкции напоминают хорошо знакомые тебе колбы люминесцентных лампочек. Их электроды представляют собой спирали, а пуск прибора осуществляется их разогревом.

Натриевая лампочка низкого давления

Как я отмечал выше, кроме ДНаТ, существуют еще несколько разновидностей натриевых осветительных приборов:

• ДнаЗ – с напыленным на часть внешней колбы зеркальным рефлектором, направляющим свет горелки в определенный сектор;

ДНаЗ имеет собственный рефлектор

• ДНаС – светорассеивающие. В этом приборе роль светорассеивателя исполняет специальный пигмент, нанесенный на внутреннюю поверхность внешней колбы. Спектр ламп ДНаС похож на дневной;

И внешне, и по излучаемому спектру ДНаС напоминает ртутный осветитель ДРЛ

• ДНаМТ – с матированной колбой. По сути, это аналог ДНаС, которая в настоящее время снята с производства. Предназначена для прямой замены ламп ДРЛ без ухудшения качества освещения.

Лампа ДНаМТ

Принцип действия

При подаче на электроды горелки питающего напряжения и одновременно высоковольтного импульса в колбе возникает тлеющий разряд, который начинает разогревать амальгаму натрия. По мере разогрева амальгама переходит в парообразное состояние, сопротивление газового промежутка в колбе уменьшается, и постепенно разряд переходит в дуговой – лампа разгорается.

Обычное время разогрева  ДНаТ – 10-15 мин. При этом температура самой горелки достигает 1200, а внешней колбы – 250-300 градусов Цельсия. Чтобы разряд не перешел в неуправляемый дуговой, последовательно с лампой включается балласт. Под воздействием электрической дуги пары натрия начинают излучать видимый свет в желто-оранжевом спектре (резонансный спектр натрия). При этом светоотдача прибора составляет 150–200 лм/Вт в зависимости от мощности и типа прибора.

Спектр лампочки ДНаТ

Принцип действия

Натриевые натриевые лампы для теплицы относятся к разряду газоразрядных. Газоразрядные приспособления активно используют не только в теплицах, но также на площадях, дорогах, улицах, на складах и в производственных помещениях. Газоразрядная среда внутри устройств создается с помощью паров натрия, светящихся красно-оранжевым цветом.

Для сравнения: в ртутных преобладает белое свечение. Что касается самого излучения, то оно создается дуговыми разрядами. Именно на них основан принцип работы подобного рода приборов.

Колба светильника — это цилиндрическая трубка, изготовленная из огнеупорного стекла. Она заполнена смесью ртути с натрием. В ней расположена горелка, сделанная из оксида алюминия.

Справка. Специалисты при обозначении такого осветительного устройства пользуются аббревиатурой ДНаТ, что означает «дуговая натриевая трубчатая лампа». Основными производителями этой продукции выступают две компании: Silvania и Philips.

Чтобы запускать подобные устройства и регулировать в них действие тока, существует пускорегулирующее оборудование. Кроме того, потребуется пускорегулирующий электронный аппарат, обладающий следующими достоинствами:

1. Благодаря его работе происходит стабилизация мощности, поэтому светильники служат дольше.
2. Электроопотребление снижается почти на 30%.
3. Частота тока повышается, светоотдача увеличивается.
4. Отсутствует эффект мерцания.

Классификация натриевых ламп

Как было отмечено выше, натриевые светильники бывают двух типов: НЛНД и НЛВД. Их можно классифицировать ещё по виду колбы, по составу примесей, мощности излучения. Поскольку давление паров натрия напрямую влияет на светоотдачу лампы, то сделаем краткий обзор светильников именно по этому параметру.

Низкого давления (НЛНД)

Первыми появились НЛНД (с низким давлением в горелке). Они обеспечивают низкую цветопередачу, но обладают приятным для человека спектром излучения. Их массово использовали в 30-ых годах ушедшего столетия. Лампы низкого давления можно встретить и сегодня, однако их вытесняют более совершенные натриевые светильники, на которых мы остановимся более подробно.

Высокого давления (НЛВД)

Высокая эффективность НЛВД сделала их лидером среди других газоразрядных источников света. Светоотдача таких светильников достигает 150 люмен/ватт. Они могут работать до 28500 часов. Правда, в конце срока службы их светоотдача снижается, а цвет смещается в красную сторону спектра.

По целому ряду параметров НЛВД превосходят качества люминесцентных ламп, излучающих холодное свечение и металлогалогенных ламп, потребляющих много электроэнергии. Среди современных электрических источников света немного найдётся светильников, способных составить натриевому светильнику достойную конкуренцию.

Номенклатура

В отечественной номенклатуре источников света существует ряд типов НЛВД:

• ДНаТ (Дуговые Натриевые Трубчатые) — в цилиндрической колбе;
• ДНаС (Дуговые Натриевые в Светорассеивающей колбе) — выпускались Полтавским Заводом Газоразрядных Ламп и предназначены для прямой замены ртутных газоразрядных ламп (ДРЛ). Горелка таких ламп помещена в эллиптическую внешнюю колбу, аналогичную лампам ДРЛ, но вместо люминофора изнутри покрытую тонким слоем светорассеивающего пигмента, что позволяет использовать эти лампы в светильниках или других осветительных установках, предназначенных для ламп ДРЛ, без ухудшения их оптических характеристик. Кроме того, горелки наполняются смесью Пеннинга (в качестве буферного газа, вместо ксенона), для облегчения зажигания;
• ДНаМТ (Дуговые Натриевые Матированные) — выпускаются производственным объединением «Лисма» (г. Саранск);
• ДНаЗ (Дуговые Натриевые Зеркальные) — производятся в различных модификациях. Мелкими партиями выпускаются лампы в колбе, аналогичной ДРИЗ, где горелка размещается аксиально (на геометрической оси отражателя).

Виды осветительных приборов

Натриевые светильники делятся на две высокого и низкого давления. В растениеводстве применяются натриевые лампы высокого давления для теплиц.

НЛВД подразделяются на следующие виды:

1. ДНаТ – это обычные дуговые светильники с мощным световым излучением. Одного из них вполне достаточно для того, чтобы осветить небольшое огородное сооружение.Спектр излучения таких приборов можно изменить, совмещая их с другими видами.
2. ДНаЗ – источники освещения с зеркальным отражающим слоем. Слой нанесен на внутреннюю поверхность колбы. Он эффективно защищен от неблагоприятных погодных условий и механических воздействий и увеличивает производительность. Внутри колбы расположены спеченные электроды.Они обеспечивают высокий КПД и снижают энергопотребление. В сравнении с ДНаТ зеркальные лампы недостаточно мощные.
3. ДРИ и ДРИЗ – наиболее совершенные устройства для теплиц. Металлогалогенные приспособления устойчивы к перепадам тока, они долго служат, у них самый оптимальный спектр излучения, необходимый для роста рассады, и высокий КПД.Но они не лишены и некоторых недостатков, из которых самый главный – стоимость, довольно высокая для обычного потребителя. Плюс к этому для их использования требуется особый патрон. Это делает затруднительным процесс замены вышедших из строя ламп.

Натриевые лампы высокого давления

НЛВД мощностью 150 и 100 Вт

ПРА компании Helvar для газоразрядных ламп мощностью от 8 до 1000 Вт

Создание ламп высокого давления потребовало иного решения проблемы защиты материала колбы от воздействия не только паров натрия, но и высокой температуры электрической дуги. Разработана технология изготовления трубок из оксида алюминия Al2O3. Такая прозрачная и химически устойчивая трубка с токовводами помещается во внешнюю колбу из термостойкого стекла. Полость внешней колбы вакуумируется и тщательно дегазируется. Последнее необходимо для поддержания нормального температурного режима работы горелки и защиты ниобиевых токовых вводов от воздействия атмосферных газов.

Горелка НЛВД наполняется буферным газом, в качестве которого служат газовые смеси различного состава, а также в них дозируется амальгама натрия (сплав с ртутью). Существуют НЛВД «с улучшенными экологическими свойствами» — безртутные.

Лампы светят жёлтым или оранжевым светом (в конце срока службы лампы спектр излучения изменяется и варьируется от тёмно-оранжевого до красного). Высокое давление паров натрия в горящей лампе вызывает значительное уширение излучаемых спектральных линий. Поэтому НЛВД имеют квазинепрерывный спектр в ограниченном диапазоне в жёлтой области. Цветопередача при освещении такими лампами несколько улучшается по сравнению с НЛНД, однако падает световая отдача лампы (примерно до 150 лм/Вт).

Натриевые лампы высокого давления используют в промышленном растениеводстве для дополнительного освещения растений, что даёт возможность их интенсивного роста круглый год.

Условия утилизации

Горелка лампы ДНаТ содержит ксенон и сплав натрия со ртутью, поэтому выбрасывать прибор, как бытовые отходы, нельзя! Сгоревшие лампочки необходимо сдавать на специализированные пункты приемки. Кроме того, материалы горелки и колбы хоть и выглядят, как обычное стекло, имеют абсолютно другой химический состав. Попав в переработку с обычным стеклом, кварц и оксид алюминия просто испортят всю плавку.

Существует множество мест утилизации ртутьсодержащих приборов, но мы обычно не обращаем на них внимание

Согласно действующему законодательству (Постановление Правительства РФ от № 354) обязанность по сбору перегоревших энергосберегающих ламп возложена также на управляющие компании, ТСЖ, ЖСК и т.  п. То есть на организации, которые занимаются обслуживанием жилого фонда. Причем при неисполнении обязанностей коммунальщикам грозит штраф от ста тысяч рублей и выше.

Подключение

Поскольку для поджога горелки требуется высокое импульсное напряжение (иногда до 1000 В) то это усложняет схемы подключения натриевых ламп. Приходится применять дополнительное оборудование. ПРА для НЛВД бывают двух типов: ЭмПРА (электромагнитные) и ЭПРА (электронные).

ИЗУ подключаются в цепь лампы параллельно, а дроссели – последовательно, иногда через импульсное зажигающее устройство.

На рисунке 6 изображено подключение НЛВД.

Рисунок 6. Схема подключения НЛВД

Обратите внимание на то, как подключен дроссель (балласт) и ИЗУ.

Примите к сведению, что при самостоятельном подключении необходимо соблюдать требование: длина провода от дросселя до цоколя лампы не должна превышать 100 см.

Некоторые зарубежные производители поставляют на рынок натриевые осветительные приборы со встроенными пусковыми устройствами в колбе светильника.

Преимущества и недостатки

Как и любые другие осветительные приборы, светильники с лампами ДНаТ имеют свои преимущества и недостатки. К преимуществам можно отнести:

1. Высокая светоотдача. По этому параметру лампы ДНаТ занимают лидирующую позицию среди газоразрядных осветительных приборов, хотя и уступают светодиодным лампам.
2. Длительный срок службы. Наработка на отказ у ламп ДНаТ достигает 15 000 часов. Мощный светодиодный светильник с заявленной яркостью проработает столько же или ненамного больше.
3. Относительно низкая стоимость. Технология производства ламп не особо сложна и давно отлажена (лампе ДНаТ почти 100 лет!), а сам прибор не содержит дорогостоящих материалов. В этом плане светодиодные осветительные устройства катастрофически отстают от натриевых – они дороже в десятки раз.
4. Противотуманный эффект. Желто-оранжевый спектр, излучаемый лампами ДНаТ, плохо поглощается водой. Даже при дожде и сильном тумане качество освещения сохраняется на довольно высоком уровне.

Ты наверняка видел на автомобилях фары с желтым стеклом — это противотуманки. Они используют тот же принцип, но желто-оранжевый спектр создается не лампой, а светофильтром.

Что касается недостатков, то они весьма существенные:

1. Низкий индекс цветопередачи. Лампа ДНаТ излучает свет в узком желто-оранжевом спектре. Цвет практически всех предметов в таком свете сильно искажается. Именно из-за низкого качества света натриевые лампы абсолютно не подходят для использования в жилых и производственных помещениях.
2. Высокий коэффициент пульсаций. При использовании электромагнитного балласта (дросселя) свет лампы ДНаТ пульсирует с удвоенной частотой сети. При этом коэффициент пульсаций может достигать 15-20%. При длительном нахождении под таким светом глаза у человека быстро устают. Проблема полностью решается использованием электронных балластов, но стоимость их нередко выше, чем стоимость самой лампы.
3. Высокая рабочая температура. В процессе работы температура лампы ДНаТ достигает 300 градусов, а пускорегулирующие элементы (в частности, дроссель) нагреваются до 100 градусов. Это не только грозит серьезными ожогами при случайном прикосновении, но и требует принятия специальных мер по пожаробезопасности.
4. Затрудненный пуск при низких температурах. Из-за конструктивных особенностей лампы ДНаТ тяжело запускаются при низких температурах окружающей среды. Эта проблема частично решается использованием наружной колбы с вакуумом, но тем не менее при сильном морозе лампа может не запуститься. По этой причине использование ламп ДНаТ в районах крайнего севера не рекомендуется.
5. Большое время розжига. После включения лампа едва светит и лишь постепенно по мере разогрева горелки разгорается. Для выхода на рабочий режим лампам ДНаТ нужно 10-15 мин. Не сразу запустится и только что выключенная горячая лампа: сначала колбе нужно остыть, а потом снова запуститься и разгореться.

Вот, пожалуй, и вся информация о натриевых лампах высокого давления. Теперь ты знаешь, как устроен этот прибор, чем он хорош и какие имеет недостатки. А если ты решил самостоятельно организовать освещение при помощи ламп ДНаТ, то, прочтя эту статью, сможешь без посторонней помощи выбрать пускорегулирующую аппаратуру и подключить к ней лампу.

Полезное видео

На видео ниже: сравнение светодиодных и натриевых ламп для теплиц

Вопросы безопасности и утилизации

Риски в эксплуатации натриевых ламп связаны с высоким давлением и температурой внутри горелки. Даже поверхность колбы нагревается до 100 °С и может вызвать ожог при неосторожном обращении. Существует вероятность разрыва колбы под влиянием вырвавшихся из горелки раскалённых газов.

С целью защиты от последствий разрушения делают светильники, в которых лампы находятся за толстым стеклом. Обратите внимание на конструкцию светильника для уличного освещения (рис. 5).

В связи с наличием ртути в натриевых лампах применяются особые требования к их утилизации. Использованные приборы запрещается выбрасывать в баки для обычного мусора. Их необходимо отправлять на специальные предприятия для обезвреживания и переработки.

Теплицы для выращивания овощей круглый год — варианты обустройства

Заключение

Если вы привыкли круглый год заниматься выращиванием овощей, цветов и ягод в теплице, натриевые лампы станут для вас немаловажным инструментом при дефиците естественного освещения.

Они признаны одним из наиболее экономичных и при этом эффективных методов искусственной подсветки, позволяющих огороднику получить богатый урожай.